智能化工程機械目前現(xiàn)狀及技術(shù)剖析

 

1概述

 

自動化工程機械一般可以分成三類：遙控操作工程機械、可編程控制工程機械和智能化工程機械。遙控操作工程機械經(jīng)常被用于危險或人類難以進入的作業(yè)環(huán)境，如水下、高溫、高壓、核輻射環(huán)境，由操作者通過遠(yuǎn)程控制完成作業(yè)任務(wù)。可編程控制工程機械通過改變工程機械的控制程序，完成不同的任務(wù)。可編程控制工程機械適合在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下進行工作，一旦外部施工環(huán)境和施工對象發(fā)生變化，則需要重新編寫控制程序。目前絕大多數(shù)自動化工程機械都是可編程的。智能化工程機械不需要操作人員的參與，通過安裝各種復(fù)雜的傳感器來獲取環(huán)境的信息，具有自我感知、自主決策、自動控制的功能。

 

工程機械的智能化，就是將智能化技術(shù)應(yīng)用到工程機械中，用信息技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)融入工程機械，以提高工程機械的操縱性、平穩(wěn)性、舒適性，提高工作效率，并向智能化方向發(fā)展。智能化工程機械涉及機、電、液、聲、光和化學(xué)等學(xué)科，以計算機技術(shù)、控制技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等為基礎(chǔ)，將多種技術(shù)組合起來進行機械內(nèi)部的信息處理。智能化工程機械是智能機器人的一類，目前還正處于探索階段，預(yù)計在未來將具有廣闊的前景。

 

智能化系統(tǒng)的定義：具有（或部分具有）人類智能，能模擬（或部分模擬）人類智能的系統(tǒng)稱為智能化系統(tǒng)。其特征如下：（1）多信息感知與融合；（2）正確地識別、推理與決策；（3）聯(lián)想記憶；（4）自治控制，即自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護；（5）容錯。當(dāng)然，就智能的高級形態(tài)而言，還有信念、意圖、喜愛、厭惡、誠摯、承諾等理性和情感的因素，這在當(dāng)前“人為”的智能系統(tǒng)中還難以達到。工程機械智能化系統(tǒng)一般由獲得環(huán)境信息的傳感器、認(rèn)識判斷由傳感器獲得的信息及控制實際作業(yè)的執(zhí)行器3部分組成。

 

例如，當(dāng)對剛爆炸破碎巖石進行挖掘作業(yè)時，其作業(yè)對象是破碎堆積物，必須用傳感器取得這種破碎堆積物的堆積狀況等三維信息和作業(yè)對象物以及自身（智能建設(shè)機器人）如何分離這些信息的方法。掌握破碎堆積物的堆積狀況，自身認(rèn)識環(huán)境，接著，以計算機等存儲的知識為基礎(chǔ)，弄清如何進行實際的高效率作業(yè)，或者制定作業(yè)計劃，*后由執(zhí)行此作業(yè)的計算機通過執(zhí)行器發(fā)出指令，進行實際作業(yè)。但是工程機械的作業(yè)對象是自然界，很難具備有智能建設(shè)機器人適用的環(huán)境。地面狀況有軟有硬，含水率和透水性也隨場所而不同。特別是剛爆破而碎裂的堆積物，巖石的粒度不一定，含有大巖石時搬運困難。當(dāng)進行挖掘或裝卸作業(yè)時，其作業(yè)環(huán)境隨時都在變化。即這些作業(yè)不僅沒有達到事前定型化的作業(yè)循環(huán)，而且在作業(yè)過程中還需要頻繁變更作業(yè)前制定的作業(yè)計劃。就是說，智能建設(shè)機器人一旦開始作業(yè)，要用另外的傳感器掌握作業(yè)的進行情況，碰到硬巖石或者因外部干擾而不能跟蹤目標(biāo)軌道時，要求以知識庫為基礎(chǔ)，自律進行一系列的動作來變更作業(yè)計劃。

 

智能化技術(shù)現(xiàn)狀及展望就目前的科學(xué)技術(shù)水平而言，智能化技術(shù)在其各領(lǐng)域的應(yīng)用中主要體現(xiàn)在先進計算機技術(shù)、精密傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線遙控技術(shù)、GPS導(dǎo)航定位技術(shù)等的綜合應(yīng)用。藉此達到優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，降低勞動強度，保證工作質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的目的。另可使得一些人力不可及的作業(yè)得以完成。同時設(shè)備本身的自我感知與適應(yīng)能力增強，故而可降低運行成本，延長使用壽命。各行業(yè)對智能化技術(shù)都有著不同程度和范圍的應(yīng)用與嘗試。隨著調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟模式進程的加深，智能化技術(shù)水平的提升及成熟，智能化優(yōu)勢將得到廣泛體現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也會不斷擴大。展望未來，到本世紀(jì)中期，將有可能以認(rèn)知科學(xué)技術(shù)為中心，把信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)等高新科學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，形成智能（認(rèn)知）科學(xué)技術(shù)群。如果真正實現(xiàn)了，人類社會的經(jīng)濟、文化、科學(xué)、技術(shù)就會產(chǎn)生更大的飛躍，人類文明必將達到一個新的高度。